Qubit i et krystalgitter af bornitrid er en passende sensor

En kunstigt skabt spindefekt (qubit) i et krystalgitter af bornitrid er velegnet som en sensor, der muliggør måling af forskellige ændringer i dets lokale miljø. Qubit'en er et bortomrum placeret i et todimensionalt lag af sekskantet bornitrid og har et vinkelmomentum (spin).

Defekten er meget følsom over for dets atomare miljø, for eksempel til afstandene til andre atomer eller atomlag.

"Dette tillader lokale målinger af magnetiske felter, temperatur og jævnt tryk, " siger professor Vladimir Dyakonov, leder af Chair of Experimental Physics VI ved Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland. Målinger udføres fuldstændigt optisk ved hjælp af en laser - derfor, sensoren kræver ingen elektrisk kontakt.

"Modulering af mikrobølger med forskellige frekvenser til og fra, spindefekten kan manipuleres til at udlede forskellige ydre påvirkninger såsom temperatur, tryk og magnetfelt, " forklarer Andreas Gottscholl. Fysikdoktoranden ved JMU er førsteforfatter til publikationen i tidsskriftet Naturkommunikation , som præsenterer den nye sensor.

Karakteristika for den nye sensor

Atomsensorer baseret på spindefekter findes allerede:de er lavet af diamant eller siliciumcarbid og er velegnede til lokale målinger af temperatur og magnetfelt. "Vores bornitridsensor giver en yderligere reaktion på eksterne trykændringer og overstiger følsomheden af ​​tidligere systemer, især ved lave temperaturer, " forklarer Gottscholl.

"En anden ny egenskab ved vores spindefekt er dens placering i et todimensionelt krystalgitter. Sammenlignet med de etablerede tredimensionelle systemer baseret på diamant eller siliciumcarbid, det giver helt nye anvendelsesmuligheder, " tilføjer Würzburg-fysikeren.

Eksempel:Bornitrid betragtes i øjeblikket som standardmaterialet til indkapsling af nye 2D-enheder, såsom transistorer i nanometerstørrelse. "Med vores arbejde, vi har demonstreret, at vi kunstigt kan indlejre atomsensorer i det meget brugte materiale bornitrid. Dette skulle gøre det muligt direkte at måle påvirkninger såsom temperatur, tryk og magnetfelt på de undersøgte enheder."

Næste forskningstrin

Indtil nu, forskerne har demonstreret funktionaliteten af ​​sensoren på et stort ensemble af flere millioner spindefekter. Næste, de ønsker at vise sansning med enkelt spindefekter. Hvis dette lykkes, en anvendelse på nanometerskalaen ville være mulig.

"Særligt interessant er ideen om at bruge bornitrid af kun ét atomlag, således er sensoren placeret direkte på overfladen af ​​det undersøgte system, " siger professor Dyakonov. Dette ville tillade direkte interaktion med det umiddelbare miljø.

Sensorens anvendelsesområde

Anvendelser inden for materialeforskning, enhedsudvikling eller biologi kunne være interessant for at få ny indsigt på disse områder. Ud over andre mulige videnskabelige implementeringer, det er også tænkeligt på lang sigt at bruge spindefekten som en kommerciel sensor – dette kan revolutionere medicinske billedbehandlingsteknikker, da sensoren kunne kortlægge lokale temperaturer som et billede kontrasterer, for eksempel.